與函數模板類似地(C++模板詳解(一)：函數模板的概念和特性) ，類也可以被一種或多種類型參數化。例如，容器類就是一個具有這種特性的典型例子，它通常被用於管理某種特定類型的元素。只要使用類模板，我們就可以實現容器類，而不需要確定容器中元素的類型。
一、類模板的實現
在這篇博文中，我們使用Stack作為類模板的例子。
(1.1) 類模板的聲明
#include <vector>
#include <deque>
#include <stdexcept>
template<typename T>
class Stack
{
std::vector<T> elems; // 存儲元素的容器。
public:
void push(const T& value); // 將元素壓入棧中。
void pop(); // 將棧頂元素彈出棧。
T top() const; // 查看棧頂元素的副本。
bool empty() const { // 檢查棧是否為空。
return elems.empty();
}
};
template<typename T>
void Stack<T>::push(const T& value)
{
elems.push_back(value);
}
template<typename T>
void Stack<T>::pop()
{
if (elems.empty()) {
throw std::out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack");
}
elems.pop_back();
}
template<typename T>
T Stack<T>::top() const
{
if (elems.empty()) {
throw std::out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack");
}
return elems.back();
}
如上所示，類模板的聲明和函數模板的聲明很相似：在聲明之前，我們先聲明參數類型的標識符
template<typename /*class*/ T>
class Stack
{
//...
};
當然，也可以使用關鍵字class來代替typename。在類模板的內部，類型T可以像其它的類型一樣，用於聲明成員變量和成員函數。在這個例子中，類的類型是Stack<T>，其中T是模板參數。因此，當在聲明中需要使用該類的類型時，我們必須要使用Stack<T>。例如，如果要聲明自己實現的拷貝構造函數和賦值運算符，那就應該這樣來編寫：
template<typename T>
class Stack
{
//...
Stack(const Stack<T>& other); // 這里的構造函數名稱需要與類名相同(Stack)
Stack<T>& operator=(const Stack<T>& other); // 這里的拷貝構造函數需要使用類的類型(Stack<T>)
//...
};
然而， 當需要使用類名而不是類的類型時，就應該只用Stack。例如，當指定類的名稱，或是需要編寫構造函數、析構函數時，就需要使用Stack。
(1.2) 類模板的實現
為了定義類模板的成員函數，我們必須要指定該成員函數是一個函數模板(使用template<typename T>)，而且還需要使用這個類模板的完整類型限定運算符Stack<T>::。因此，成員函數push的完整定義如下：
template<typename T>
void Stack<T>::push(const T& value)
{
elems.push_back(value);
}
其它成員函數的實現也是類似的；和普通類定義相同，完全也可以將成員函數的實現內聯地寫在類中，例如：
template<typename T>
class Stack
{
std::vector<T> elems; // 存儲元素的容器。
public:
// ...
bool empty() const { // 檢查棧是否為空。
return elems.empty();
}
};
二、類模板的使用
參見如下的main函數代碼：
int main()
{
try
{
Stack<int> intStack;
Stack<std::string> stringStack;
// 使用int棧
intStack.push(7);
std::cout << intStack.top() << std::endl;
// 使用string棧
stringStack.push("hello");
std::cout << stringStack.top() << std::endl;
stringStack.pop();
stringStack.pop();
}
catch (std::exception &ex)
{
std::cerr << "Exception: " << ex.what() << std::endl;
return EXIT_FAILURE;
}
return 0;
}
注意：只有那些被調用了的成員函數，才會產生這些函數的實例化代碼。
所以，針對這個類模板，缺省的構造函數、push、top方法都針對int、std::string進行了實例化。然而， pop方法只提供了std::string的實例化。這樣做的好處是：
- 可以節省時間和空間。
- 對於那些未能提供所有成員函數中所有操作的類型，也可以使用該類型來實例化類模板。
另一方面，如果類中含有靜態成員，那么用來實例化的每種類型，都會實例化這些靜態成員。